4.2. Разбивка трубок и некоторые конструктивные параметры трубного пучка

- Важным моментом при проектировании кожухотрубного аппарата является раз­бивка трубок (расположение трубок в пучке).

От принятых наружного диаметра трубок d_н и шага S_t, т.е. расстояние между осями соседних трубок, и способа разбивки будет зависеть компактность аппара­та, его эффективность и надежность в работе.

Известно, что чем меньше диаметр трубок, тем выше коэффициент компактнос­ти аппарата.

В современных ТОА применяются трубки с минимальным наружным диаметром 10 мм. Дальнейшее уменьшение d_н ограничено тем, что при эксплуатации они могут более быстро засоряться. Для уменьшения габаритов аппарата шаг трубок S_t обыч­но выбирают минимальным.

Практикой изготовление теплообменной аппаратуры установлено, что мини­мальное допустимое сечение мостика между двумя трубками при d_н = 16 мм можно принять 5мм (S_t = 21мм).

Существуют следующие способы разбивки трубок: шахматная и частный ее слу­чай - треугольная (ромбическая); коридорная и частный ее случай - квадратная; по концентрическим окружностям и радиальная.

Из перечисленных способов разбивки в современных кожухотрубных ТОА отдают предпочтение треугольной разбивке, так как в этом случае на единицу, площади трубной доски можно разместить наибольшее количество трубок и иметь в единице объема наибольшую поверхность теплообмена. Различные способы разбивки показаны на рис. 8.

а) б) в)

Рис.8 Способы разбивки трубок: а - по концентрическим окружностям: б - треугольная в круглом корпусе: в - радиальная.

Расстояние от перегородки до оси ближайшего ряда трубок принимается 2 d_н.

4.3.Коэффициент заполнения трубной доски

Продольные перегородки и технологические зазоры между крайними трубками и корпусом не позволяют полностью использовать площадь трубной доски для размещения трубок.

Отношение действительного количества трубок в пучке к числу трубок, кото­рые можно разместить при полном использовании трубной доски, называется коэф­фициентом заполнения трубной доски η_д.

Если общее число трубок в пучке N шаг между трубками St , а диаметр трубной доски Dд, то необходимая площадь для размещения трубок при треугольной разбивке 0.866∙St∙N, а действительная площадь трубной доски , следовательно коэффициент заполнения трубной доски

или (4.1)

При выполнении тепловых расчетов в случае, когда еще нет чертежа разбивки трубок, η_Д предварительно определяют по конструкции, аналогичной рассчитываемой, а в дальнейшем уточняют при конструктивной разработке.

4.4.Определение основных конструктивных размеров тоа

Из опыта установлено, что наиболее компактные и эффективные теплообменные аппараты получаются при выборе соотношения длины аппарата к диаметру корпуса L/D = 2,5 или близкими к этому отношению значениям.

Расчет конструктивных размеров теплообменника необходимо вести в следую­щем порядке.

4.4.1.Конструктивный расчет трубного пространства

а) Определяют конструктивный параметр теплообменника m (число шестиугольников, вписанных в окружность трубной доски с шагом S_t по вершинам) по уравнению

где =2.5 - оптимальное отношение длины теплового элемента аппара­та к его диаметру; F, м² - необходимая площадь теплопередащей поверхности (бе­рется из теплового расчета)

Уравнение (4.2) решает либо прямым способом (решение Кардане тригономет­рическое решение), либо методом итераций, что при наличии современных средств вычислительной техники дает более быстрый результат. Полученное значение m ок­ругляют до целого значения. При β=2.5 уравнение (4.2) можно записать в следую­щем виде

б) определяют общее число трубок в трубной доске

(4.3)

в)число ходов трубного пространства

Z=N/n (4.4)

где- число трубок по одному ходу

г) диаметр трубной доски

(4.6)

где d _н - наружный диаметр трубок

д) длину аппарата

(4.7)

е) соотношение

(4.8)

ж) коэффициент заполнения трубной доски

(4.9)

4.4.2. Конструктивный расчет межтрубного пространства

а) определяют необходимую площадь выреза в перегородке для прохода теплоносителя (площадь сегмента)

(4.10)

Где f_c ,м² - площадь живого сечения для прохода теплоносителя в межтрубном пространстве.

б) определяют центральный угол α дуги сегмента, образованного вырезом в перегородке

(4.11)

Уравнение (4.11) решается методом интераций

в)высота сегмента

(4.12)

г) длина хорды сегмента

(4.13)

д) число рядов трубок, омываемых поперечным потоком

(4.14)

е) расстояние между перегородками

(4.15)

ж) число перегородок

(4.16)